唐佳，曹玮*，李太生*
* 通讯作者
本期介绍北京协和医院感染内科李太生教授团队于2024年6月发表于Frontiers in Immunology（IF=5.8）杂志上的论著：Peripheral PD-1+NK cells could predict the 28-day mortality in sepsis patients
研究背景
脓毒症（sepsis）是一种具有重大疾病负担的、严重危及生命的疾病，其特征是宿主感染后的反应失衡，包括多种促炎因子及免疫抑制。免疫功能失调，特别是涉及外周血中不同免疫细胞的失调，在脓毒症中起着关键作用，并在既往研究中显示其可作为早期的预警信号。本研究旨在探讨脓毒症与外周血免疫亚群之间的关系，并利用机器学习（machine-learning，ML）模型及免疫细胞亚型早期识别28天死亡风险患者。
研究方法
纳入于2023年6月至2023年12月期间在北京协和医院明确诊断为脓毒症患者100名，纳入标准为符合诊断标准sepsis-3，入院时进行外周细胞亚群检测至少1次。同时纳入年龄和性别相匹配的89名健康对照受试者。收集了临床特征、实验室检查和淋巴细胞免疫表型的数据。采用XGBoost（eXtreme Gradient Boosting）和K均值聚类作为ML方法，计算SHapley Additive exPlanations（SHAP）值，用于可视化Logistic Regression和XGBoost模型中贡献变量的解释。进一步分析免疫亚群谱，并根据免疫亚型对脓毒症患者进行分层。Cox回归生存分析用于识别潜在的生物标志物，并评估其与28天死亡率的关系。死亡率生物标志物的准确性由受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUC）分析确定。
研究结果
本研究纳入100例脓毒症患者（表1）和89例健康对照者，发现两组间存在明显的淋巴细胞表型差异。XGBoost模型在训练集和测试集中对脓毒症与健康对照者的ROC分别为1.0和0.99。在该模型中，SHAP显示CD38+CD8+T细胞比例、PD-1+NK细胞比例和HLA-DR+CD8+T细胞比例是前三个最重要的贡献因素（图1）。
表1 脓毒症患者基线特征表（根据28天死亡率分组）
图1 XGBoost模型和SHAP值用于评估变量的重要性
（A）SHAP图用于可视化特征对模型的影响，按重要性对免疫细胞比例进行排序（最重要的位于顶部），x轴上的SHAP值表示影响的强度和方向（正值表示属于脓毒症组的可能性增加，负值表示属于健康对照组的可能性增加），点的颜色代表相应免疫细胞比例的特征值（蓝色表示低值，红色表示高值）；
（B）XGBoost模型在训练集和测试集中的ROC曲线。
对脓毒症患者的外周免疫表型进行K-均值聚类分析，得出两个簇。簇1具有较高的PD1+NK细胞比例，而簇2具有较高的naive CD4+T细胞比例（图2）。此外，在脓毒症患者中死亡组的PD-1+NK细胞比例显著高于存活患者（15.1% vs 8.6%，P<0.01）。
图2 脓毒症患者淋巴细胞亚群聚类分析
（A）K-means聚类得到的聚类可视化（k = 2）；
（B）森林图显示了聚类1和聚类2中淋巴细胞亚群相关性的OR值及95%CI。
PD-1+NK细胞水平与SOFA评分的组合在预测脓毒症患者28天死亡率方面表现出良好的性能（AUC=0.91，95%CI 0.82-0.99），优于仅使用PD-1+NK细胞（AUC=0.69，敏感性0.74，特异性0.64，截断值为11.25%）（图3，表2）。在多变量Cox回归分析中，PD1+NK细胞比例的高表达与28天生存率（aHR=1.34，95%CI 1.19-1.50；P<0.001）相关（表3）。
图4 PD-1+NK水平、hsCRP、PCT、IL-6水平和SOFA评分预测患者28天死亡率的ROC曲线
表2 PD-1+NK细胞百分比、SOFA评分预测脓毒症患者28天死亡率
表3 脓毒症患者28天死亡率的Cox回归分析
研究结论
我们的结果表明PD-1+NK细胞高表达是脓毒症患者28天死亡率的独立危险因素，可以作为脓毒症患者预后评价的有价值的指标。后续在SOFA评分的基础上，通过该指标进一步优化脓毒症患者的预后评估效果还有待大样本量的研究提供证据。
结果讨论
在本研究中，我们对脓毒症患者免疫亚群表型进行了阐述，通过与年龄性别匹配的受试者进行对照，并使用机器学习方法确定死亡风险的生物标志物。我们发现了PD-1+NK细胞在预测脓毒症患者28天死亡率方面具有良好的预后价值。
NK细胞是识别和攻击病毒和细菌的先天免疫中的主要效应细胞。既往研究提示脓毒症患者外周血中的NK细胞数量明显高于健康人外周血中的NK细胞数量。NK细胞系中的PD-1过表达导致脱颗粒减少，表明其不仅对T细胞，而且对NK细胞的抑制作用。PD-1的高表达反应了NK细胞的耗竭，既往研究揭示了其在多种肿瘤、慢性感染性疾病中的作用。
此外，CRP和PCT水平不能预测脓毒症患者28天死亡率，这与既往研究的结果一致。这提示PD-1+NK细胞的高表达比常规炎症标志物如CRP和PCT更早地预测脓毒症患者的预后，在AUC分析显示，PD-1+NK细胞的百分比与常用的临床SOFA评分预测28天死亡率的效能相近。因此，将2个独立的回归危险因素分析构建到SOFA+PD-1+NK模型的预测模型中，显示其在预测28天死亡率方面的表现明显优于任何其他单一指标。目前的结果表明，将反映免疫功能的指标纳入SOFA评分系统可能会进一步优化SOFA评分的预测效果。然而，考虑到本研究为单中心，样本量相对小，研究结果有赖于后续的临床队列研究进一步证实，并进行更深入的机制探索研究。
作
者
介
绍
第一作者 唐佳
北京协和医学院2022级内科学博士研究生，主要从事艾滋病、淋巴细胞亚群研究。
共同通讯作者 曹玮
感染内科副主任，主任医师。主要专业方向为感染性疾病及不明原因发热的诊治；HIV异常免疫炎症及免疫调节。现任中华医学会感染病学分会委员兼副秘书长，中华医学会热带病和寄生虫分会委员。
共同通讯作者 李太生
主任医师，教授，博士研究生导师。北京协和医院感染内科主任，清华大学医学院特聘教授，中华医学会感染性疾病分会主任委员兼艾滋病学组组长，CID与AIDS杂志中文版主编，《中华内科杂志》和《中华传染病杂志》副主编。多年来致力于艾滋病等感染性疾病诊治、免疫细胞亚群平台建设等科研工作。
作者 / 唐佳 曹玮 李太生
策划&审核 / 孙雪峰
编辑 / 朱慧伊 李蓉真
执行主编 / 江伟
主编 / 李雪梅 康红
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